При членении на конечные элементы крупных структур, например, целого кузова, получается очень большое число элементов. Структуры с более чем 500 отдельными элементами вследствие очень большого количества данных, которые должны быть получены и обобщены, практически неразрешимы. Поэтому структуры лучше подразделять на подструктуры, например подразделять кузов на следующие части, контуры которых необходимо согласовывать с технологическими особенностями изготовления деталей: пол и детали порога, крыша с задними стойками, передняя часть с брызговиками, переднее крыло, внутренняя и наружная боковые панели, центральная и передняя стойки, арка заднего колеса, внутренняя и наружная панели задней части, передний щиток кузова и прикрепляемые к нему детали, лонжероны и поперечины (рама).

Большинство деталей кузова изготовляют из листовой стали, т. е. из однотипного плоского материала. Если детали имеют простую форму и приблизительно ровную поверхность, например лонжероны, простые гофрированные детали, то процесс членения на конечные элементы можно автоматизировать с помощью специальной программы. В качестве исходных параметров служат узловые точки и данные о желаемой точности членения. Этот метод сокращает затраты времени, поэтому в будущем он будет широко использоваться и совершенствоваться.

Получение предварительной модели по методу конечных элементов. После деления на конечные элементы следует определить координаты узловых точек. Для этого используют упомянутую в п. 2.3.1 измерительную машину, которая «ощупывает» модель; найденные три координаты и номер узловой точки, определяющие элемент и его положение, регистрируются после прохождения через аналого-цифровой преобразователь. В результате получают базу данных по узловым точкам и элементам. Для того чтобы лучше понять изложенное, на рис. 36 представлена простая сетчатая конструкция.

Рис. 1. Последовательность обработки данных по кузову (фирма «Опель»):
1 — измерительная установка; 2 — автоматический графопостроитель мини-ЭВМ; 3 — данные по модели; 4 — большая вычислительная машина; 5 — сглаженные образующие поверхностей, описанных с помощью генерирующей программы

После того как все необходимые данные собраны и зарегистрированы, можно с помощью специальной программы произвести пересчет их в исходную систему координат, причем при этом могут выявиться погрешности измерения. Полученная в итоге предварительная модель содержит некоторые ошибки. Последовательность работ, выполняемых на этом этапе, как при проектировании новой конструкции, так и при проработке варианта (изменения) схема.

Рис. 2. Стержневая модель с пятью узловыми точками и семью стержнями (фирма «Опель»);

Рис. 3. Схема получения предварительной конечно-элементной модели (фирма «Опель») Деление кузова на конечные элементы по модели, включая подготовку данных и их регистрацию , а также их оценку, продолжается примерно четыре недели, а если в распоряжении имеются только чертежи, то значительно дольше.

Получение модели по методу конечных элементов с учетом дополнительных данных.

На этом этапе перерабатывается предварительная модель в следующих направлениях:
1) устраняются ошибки в базе данных по узловым точкам и элементам;
2) учитываются данные о структуре (поперечное сечение стержней, данные о материале, нагрузках, граничные условия).

Для первого пункта разработана программа диагностики, с помощью которой выявляются ошибки формы (неправильное или неоднократное определение узловой точки, а также отсутствие данных). Затем важнейшие детали или подструктуры вычерчивают с помощью графопостроителя для выявления оставшихся ошибок.

Рис. 4. Построение конечно-элементной модели крыла (фирма «Опель»):
а — с ошибками в определении узловых точек и координат; б — без ошибок

Если в данных устранены все ошибки, то следует определит максимальную разность номеров связанных между собой узловых точек (ширина полосы) и постараться уменьшить ее путем перенумерации (перестановки номеров) узловых точек. Новая нумерация должна быть согласована с используемой расчетной схемой.

По второму пункту записываются дополнительные данные такие, как моменты инерции и моменты сопротивления определенных поперечных сечений (стойки дверей, лонжероны), прочностные показатели материалов и граничные условия, в том числе известные нагрузки и внешние силы. Затем с помощью специальной программы проверяют полноту базы данных, правильность последовательности элементов и др. Общие затраты времени на этот этап составляют примерно четыре-пять недель, последовательность проведения работы отражена на рис. 5.

Результатом проведения такой работы обычно является полная структурная модель кузова, которая может быть изображена с помощью графопостроителя.

Расчет с использованием метода конечных элементов. После проверки входных данных можно провести расчет с испоть.асва-нием ЭВМ. Для этого имеются различные программы, например для статических исследований программа EASEIEASE2 корпорации «Энджиниринг аналисиз» (США) и для динамических исследований программа NASTRAN/NASA корпорации «Макнил— Швендлер».

Выдача требуемых данных (деформации, силы, напряжения) обычно происходит в форме табуляграммы. Распечатка вводимы: данных служит для-контроля процесса расчета и протоколирования его. Для полной оценки решения необходима дополнительная информация, например приведенные напряжения, жесткости, нагрузки и др. Последовательность работ,.выполняемых на этом этапе, показана на рис. 7.

Рис. 5. Схема проверки на наличие ошибок в конечноэлементной модели и дополнение к структурной модели (фирма «Опель»)

Рис. 6. Конечноэлементная модель левой половины черного кузова двухдверного седана (фирма «Опель»)

Рис. 7. Схема оценки решений методом конечных элементов (фирма «Опель»)

Рис. 8. Изображение структуры в недеформированном и деформированном состояниях (фирма «Опель»)

При использовании этого прогрессивного метода расчета (всегда можно получить результаты) не следует забывать о том, что метод конечных элементов в силу своей природы (мы имеем дело лишь со структурой, заменяющей кузов, точность которой зависит от объема вводимых данных) может дать лишь приблизительные данные для оценки статических и динамических свойств нового кузова. Многие мелкие подробности (например, накладывание одного слоя металла на другой, места сварки, отверстия) в расчете в основном не учитываются. Поэтому для уточнения расчетных данных желательно провести эксперимент. На рис. 9, например, показаны результаты расчета и измерения прогиба кузова, которые показывает довольно точное совпадение данных.

Рис. 9. Экспериментальные и расчетные прогибы (фирма «Опель»):
1 и 2 — оси соответственно передних и задних колес; 3 и 5 — соответственно передний и задний лонжероны; 4 — порог; сплошные кривые — расчет методом конечных элементов; штриховые кривые — эксперимент

Таким образом, современные методы расчета являются большим шагом кузовостроения вперед на пути, пролегающем от искусства постройки карет, основанном на опыте, до научно обоснованного инженерного искусства. Кроме того, необходимо выполнять требования по безопасности, долговечности и виброустойчивости таким образом, чтобы масса конструкции оставалась минимальной.